光子晶體THz器件及光子晶體光纖超連續(xù)譜產(chǎn)生的研究.pdf

1、光子晶體是具有頻率帶隙的周期介電材料，自20世紀80年代光子晶體的概念提出以來一直受到廣泛的關注。在光子晶體中各種缺陷的引入也為光子晶體的應用和發(fā)展提供了廣闊的前景。特別是在太赫茲科學及技術這一新興的前沿學科領域，光子晶體靈活控制電磁波傳輸?shù)哪芰κ怪妒荜P注。本文結合理論分析和實驗研究，對近紅外波段光子晶體光纖(PCF)中超連續(xù)譜的產(chǎn)生、THz波在光子晶體中的傳輸特性進行了系統(tǒng)的研究。利用液晶材料的雙折射效應，探索和分析了用光子晶體實現(xiàn)

2、THz功能器件的有效技術途徑。論文主要研究內容和創(chuàng)新點包括以下幾個方面：
　　 1、為了將超連續(xù)譜應用于相干反斯托克斯拉曼散射共焦成像系統(tǒng)，我們在理論和實驗上分析和研究了飛秒激光脈沖與PCF相互作用的多種非線性效應。利用分步傅立葉法對廣義的非線性薛定諤方程進行了數(shù)值求解，在考慮高階色散和非線性效應的情況下，對飛秒激光脈沖在PCF中的傳輸特性進行了模擬分析。研究了高階色散、自陡峭、脈沖內拉曼散射效應對PCF中超短脈沖的傳輸以及最后

3、超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。并在實驗上分析了外界條件如入射激光的功率和中心波長對超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。
　　 2、利用有限元法分析了在空芯PCF纖芯中填充二硫化碳、三氯甲烷、甲苯等高非線性液體后PCF的傳輸特性、模式及色散特點。在此基礎上，系統(tǒng)分析了在液芯高非線性PCF中超連續(xù)譜產(chǎn)生的過程及特點。研究結果表明，該類PCF的零色散波長可在800nm左右調節(jié)，因此中心波長為800nm的鈦藍寶石飛秒激光可以在較短的距離(幾個毫米)和較小的能量下

4、產(chǎn)生比較平坦的超連續(xù)譜。
　　 3、理論分析了THz波段填充液晶的光子晶體波導在磁場調控下的傳輸特性，在此基礎上，提出了一種基于二維光子晶體波導的THz多功能器件的設計方案。利用平面波展開法和時域有限差分法對這種液晶調諧的THz光子晶體開關和濾波器的帶隙結構、磁場控制下帶隙的變化特點以及傳輸特性等進行了系統(tǒng)的分析。結果表明：在磁場控制的液晶雙折射作用下，該結構的光子晶體波導同時具有開關和可調諧濾波的功能。
　　 4、提出

5、了一種基于布拉格光纖的高消光比THz開關結構。通過在包層中采用高阻硅和向列相液晶E7構成的周期性一維光子晶體結構，并施加外加磁場來控制液晶的取向，實現(xiàn)了對THz波的開關控制功能。數(shù)值模擬結果表明該結構的太赫茲開關消光比可達39.93dB。
　　 5、通過分析二維正方形光子晶體中點缺陷和線缺陷的缺陷模特性以及缺陷模之間的耦合特性，提出了一種基于電場控制的液晶雙折射THz可調諧窄帶濾波器。此濾波器可實現(xiàn)中心頻率從0.94THz到0.